Легкие гидросамолеты. Компоновочные схемы.

Легкие гидросамолеты могут быть поплавкового или лодочного типа, а также гидросамолеты-амфибии.

Поплавковые гидросамолеты как правило переоборудуются из сухопутных самолетов путем замены колесного шасси на поплавковое. Имея невысокие мореходные качества, они они применяются лишь при относительно спокойном состоянии водной поверхности в закрытых водных бассеинах - реках и озерах.

Наиболее распространенной схемой поплавкового гидросамолета является двухпоплавковая схема, обеспечивающая хорошую поперечную остойчивость (способность гидросамолета сохранять равновесие на воде), простоту крепления поплавков и минимальные потребные доработки конструкции сухопутного самолета.

Лодочные гидросамолеты или летающие лодки имеют более высокие летные и мореходные качества.

Амфибии составляют наиболее универсальную группу гидросамолетов. Наличие убирающегося колесного шасси позволяет эксплуатировать самолет-амфибию как на сухопутных, так и на гидроаэродромах.

Многообразие компоновочных схем, встречающихся в практике гидросамолетостроения отражает противоречивость требований, предьявляемых к гидросамолету и поиск наилучших решений применительно к конкретным техническим заданиям.

Одним из сложных вопросов при компоновке одномоторного гидросамолета является размещение двигателя и воздушного винта, который требует надежной защиты от брызг и захлестывания водой. Наиболее простое решение - установка двигателя над крылом не является лучшим, так как помимо роста лобового сопротивления приводит к нежелательной реакции самолета на изменение режима работы двигателя. При увеличении тяги винта появляется пикирующий момент, а при уменьшении - кабрирующий. Тем не менее эта схема главным образом за счет ее простоты часто привлекает внимание конструкторов легких гидросамолетов. Применение тянущего винта улучшает охлаждение двигателя на рулении и при наборе высоты. Толкающий винт, расположенный на большом удалении от кабины, менее опасен в эксплуатации.

Стремление снизить сопротивление мотоустановки привело к размещению двтгателя в корпусе лодки с передачей мощности на винт трансмиссионными валами. Общим недостатком таких схем является усложнение и утяжеление силовой установки, проблемы связанные с охлаждением двигателя и затрудненный доступ к нему при обслуживании. В аэродинамическом отношении наиболее выгодны схемы с расположением винта на хвостовом оперении или позади него, так как при этом отсутствует обдувка корпуса струей от винта. Для предохранения толкающего винта от забрызгивания требуется механизм, обеспечивающий его подьем на взлете и посадке. Фиксированная установка винта в наклонном положении невыгодна из за наличия вертикальной составляющей тяги, направленной вниз, и дополнительного сопротивления вала винта, находящегося вне корпуса.

Несмотря на простоту и хорошие аэродинамические характеристики нельзя признать удачной установку двигателя на Т-образном хвостовом оперении. При этом для сохранения нужной центровки самолета требуется смещение назад крыла, что приводит к увеличению дестабилизирующих моментов носовой части корпуса, с удновременным уменьшением плеча хвостового оперения. Растет потребная площадь оперения, а это, наряду с дополнительными нагрузками на киль от двигателя, увеличивает массу оперения и хвостовой части лодки. К числу недостатков относится и разнос масс по длине лодки.

Винт, расположенный перед кабиной затрудняет посадку и высадку пассажиров через переднюю палубу при подходе гидросамолета к берегу или причалу носом (швартовке бортом мещают подкрыльные поплавки). Обзор верхней и нижней полусфер ухудшен, а уровен шума в кабине высок из за близости двигателя и винта. Обдувка потоком от винта настроек корпуса увеличивает их лобовое сопротивление.

Применение двигателя с толкающим винтом приемлемо в аэродинамическом отношении, обеспечивает хороший обзор из кабины, пониженный уровень шума в ней. Как показыает практика эксплуатации, охлаждение двигателя не представляет сложной проблемы, при относительно небольших мощностях, характерных для легких гидросамолетов и обеспечивается набегающим потоком воздуха. К недостаткам схемы относится утяжеление конструкции, вследствие малой строительной высоты хвостовой части корпуса, несущей оперение и ухудшение мореходности из-за близости винта к воде.

Аналогичные достоинства и недостатки присущи лодочному гидросамолету с толкающим винтом и расположением оперения на двух хвостовых балках.

На двухмоторных гидросамолетах двигатели с тянущими винтами устанавливают на крыле, которому для удаления от поверхности воды может придаваться форма "чайки". Как и на сухопутных самолетах, требуется, чтобы площадь вращения винтов не пересекала корпус в зоне размещения экипажа и пассажиров. Выгодная в аэродинамическом отношении и из-за низкого уровня шума в кабине схема с двумя толкающими винтами встречается редко из0за большой конструктивной сложности, трудности защиты винтов от воды, а также вследствие уменьшения эффективности механизации крыла.

Полностью вышли из употребления аэродинамически несовершенные схемы двухмоторных легких гидросамолетов с рядной или тандемной установкой двигателей над крылом.

Вопросы поперечной остойчивостина воде решаются применением подкрыльных поплавков и плавников - "жабр". Внутренние обьемы поплавков иногда используются в качестве дополнительных топливных баков.

Несущие поплавки, частично погруженные в воду на плаву и развивающие гидродинамичскую силу при разбеге имеют большие размеры и массу, повышают лобовое сопротивление в полете и в современных конструкциях применяются редко, как и плавники-"жабры" и их разновидность - погруженное крыло.

Опорные или поддерживающие поплавки устанавливают ближе к концам крыла, они не касаются воды при разбеге. Их размеры значительно меньше, чем несущих и для уменьшения сопротивления опорные поплавки часто выполняются убирающимися в полете.

При низком расположении крыла над водой поперечная остойчивость может обеспечиваться отгибом вниз герметических концевых участков крыла. В полете эти участки выполняют роль концевых шайб, повышающих эффективное удлинение и аэродинамическое качество крыла.

С увеличением скорости полета усложняются аэродинамиче6ские требования к форме корпуса гидросамолета. Значительное сопротивление, вызываемое ступенькой-реданом, может быть уменьшено применением механизацией днища лодки - убирающихся реданов, выдвижных зареданных обтекателей и т д.

по материалам:
А А Бадягин, Ф А Мухамедов. "Проектировение легких самолетов" "Машиностроение" 1978 г.